High-Speed-SAS-Kabel: Anschlüsse und Signaloptimierung

High-Speed-SAS-Kabel: Anschlüsse und Signaloptimierung

Signalintegritätsspezifikationen

Zu den wichtigsten Parametern der Signalintegrität zählen Einfügungsdämpfung, Nah- und Fernnebensprechen, Rückflussdämpfung, Skew-Verzerrung innerhalb von Differenzialpaaren und die Amplitude vom Gegentakt zum Gleichtakt. Obwohl diese Faktoren miteinander verbunden sind und sich gegenseitig beeinflussen, können wir jeden Faktor einzeln betrachten, um seine primäre Auswirkung zu untersuchen.
Einfügungsverlust
Die Einfügungsdämpfung ist die Dämpfung der Signalamplitude zwischen dem sendenden und dem empfangenden Ende eines Kabels und ist direkt proportional zur Frequenz. Wie im Dämpfungsdiagramm unten dargestellt, hängt die Einfügungsdämpfung auch vom Drahtdurchmesser ab. Für interne Komponenten mit geringer Reichweite und 30- oder 28-AWG-Kabeln sollten hochwertige Kabel eine Dämpfung von weniger als 2 dB/m bei 1,5 GHz aufweisen. Für externe 6-Gb/s-SAS mit 10-m-Kabeln wird die Verwendung von Kabeln mit einem durchschnittlichen Drahtdurchmesser von 24 empfohlen, die bei 3 GHz eine Dämpfung von nur 13 dB aufweisen. Wenn Sie bei höheren Datenübertragungsraten eine größere Signalspanne erreichen möchten, wählen Sie für längere Kabel Kabel mit geringerer Dämpfung bei hohen Frequenzen, z. B. SFF-8482 mit POWER-Kabel oder SlimSAS SFF-8654 8i.

Übersprechen
Übersprechen bezeichnet die Energiemenge, die von einem Signal oder Differenzialpaar zu einem anderen Signal oder Differenzialpaar übertragen wird. Bei SAS-Kabeln verursacht ein unzureichend geringes Nahnebensprechen (NEXT) die meisten Verbindungsprobleme. Die Messung des NEXT erfolgt nur an einem Kabelende und gibt die vom Ausgangssignalpaar zum Eingangssignalpaar übertragene Energie an. Die Messung des Fernnebensprechens (FEXT) erfolgt durch Einspeisen eines Signals in das Übertragungspaar an einem Kabelende und Beobachten der am anderen Kabelende noch im Übertragungssignal verbleibenden Energie. NEXT in Kabelkomponenten und -steckern wird in der Regel durch eine mangelhafte Isolierung des Signaldifferenzialpaars verursacht, möglicherweise aufgrund von Buchsen und Steckern, unvollständiger Erdung oder unsachgemäßer Handhabung des Kabelanschlussbereichs. Systementwickler müssen sicherstellen, dass Kabelkonfektionäre diese drei Probleme berücksichtigen, beispielsweise bei Komponenten wie MINI SAS HD SFF-8644 oder OCuLink SFF-8611 4i.

24, 26 und 28 sind die typischen 100-Ω-Kabelverlustkurven.

Bei hochwertigen Kabelbaugruppen sollte der gemäß „SFF-8410 – Spezifikation für HSS-Kupferprüfung und Leistungsanforderungen“ gemessene NEXT-Wert unter 3 % liegen. Der S-Parameter sollte über 28 dB liegen.
Rückflussdämpfung
Die Rückflussdämpfung misst die Stärke der Energie, die beim Einspeisen eines Signals vom System oder Kabel reflektiert wird. Diese reflektierte Energie führt zu einer Verringerung der Signalamplitude am Empfangsende des Kabels und kann zu Problemen mit der Signalintegrität am Sendeende führen, was wiederum zu Problemen mit elektromagnetischen Störungen für das System und die Systementwickler führen kann.
Diese Rückflussdämpfung wird durch Impedanzfehlanpassungen in den Kabelkomponenten verursacht. Nur durch sorgfältige Behandlung dieses Problems kann die Impedanz beim Durchgang des Signals durch Buchsen, Stecker und Kabelanschlüsse konstant gehalten und die Impedanzschwankungen minimiert werden. Der aktuelle SAS-4-Standard aktualisiert den Impedanzwert von ±10 Ω in SAS-2 auf ±3 Ω. Hochwertige Kabel sollten die Anforderung innerhalb der nominalen Toleranz von 85 oder 100 ± 3 Ω einhalten, wie z. B. SFF-8639 mit SATA 15P oder MCIO 74-Pin-Kabel.

Schrägverzerrung
Bei SAS-Kabeln gibt es zwei Arten von Skew-Verzerrung: zwischen differentiellen Paaren und innerhalb differentieller Paare (Signalintegritätstheorie – differentielles Signal). Theoretisch sollten mehrere Signale, die gleichzeitig an einem Ende des Kabels eingehen, auch gleichzeitig am anderen Ende ankommen. Kommen diese Signale nicht gleichzeitig an, spricht man von Kabel-Skew-Verzerrung oder Verzögerungs-Skew-Verzerrung. Bei differentiellen Paaren ist die Skew-Verzerrung innerhalb des differentiellen Paars die Verzögerung zwischen den beiden Leitern des differentiellen Paars, während die Skew-Verzerrung zwischen differentiellen Paaren die Verzögerung zwischen zwei Sätzen von differentiellen Paaren ist. Größere Skew-Verzerrungen innerhalb des differentiellen Paars können die differentielle Balance des übertragenen Signals verschlechtern, die Signalamplitude reduzieren, den Zeitjitter erhöhen und Probleme mit elektromagnetischen Störungen verursachen. Bei hochwertigen Kabeln sollte die Skew-Verzerrung innerhalb des differentiellen Paars weniger als 10 ps betragen, wie z. B. SFF-8654 8i auf SFF-8643 oder Anti-Misalignment Insertion-Kabel.
Elektromagnetische Störungen
Es gibt viele Ursachen für elektromagnetische Störungen in Kabeln: schlechte oder keine Abschirmung, falsche Erdungsmethode, unsymmetrische Differenzsignale und auch Impedanzfehlanpassungen können eine Ursache sein. Bei externen Kabeln sind Abschirmung und Erdung wahrscheinlich die beiden wichtigsten Faktoren, die berücksichtigt werden müssen, wie z. B. SFF-8087 mit rotem Netz oder Cooper-Netz-Erdungskabel.
Normalerweise sollte die Abschirmung gegen externe oder elektromagnetische Störungen eine doppelte Abschirmung aus Metallfolie und Geflecht mit einer Gesamtabdeckung von mindestens 85 % sein. Gleichzeitig sollte diese Abschirmung mit dem Außenmantel des Steckverbinders verbunden sein, und zwar mit einer 360°-Verbindung. Die Abschirmung einzelner Differenzialpaare sollte von der externen Abschirmung isoliert sein, und ihre Filterleitungen sollten am Systemsignal oder an der Gleichstrommasse enden, um eine einheitliche Impedanzkontrolle für Steckverbinder und Kabelkomponenten zu gewährleisten, wie z. B. das SFF-8654 8i Full Wrap Anti-Slash- oder Scoop-Proof-Steckverbinderkabel.